面向制造特征的加工方法研究

李瓊

（惠州工程技術(shù)學(xué)校，廣東惠州，516001）

面向制造特征的加工方法研究

李瓊

（惠州工程技術(shù)學(xué)校，廣東惠州，516001）

論文研傳統(tǒng)的零件加工方法的確定主要借助經(jīng)驗(yàn)對(duì)零件進(jìn)行定性分析，缺乏對(duì)加工方法的有效定量分析。本文探索和研究制造特征加工方法的定量分析方法：首先分析零件的制造特征；其次基于格貼近度和多個(gè)特性的擇近原則，抽選制造特征加工方法特性指標(biāo)，建立制造特征加工方法iA~各加工因素隸屬函數(shù)和加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)；最后將VC++和面向?qū)ο蟮乃枷?，開(kāi)發(fā)了一個(gè)模糊綜合自動(dòng)確定零件加工方法的應(yīng)用程序。通過(guò)制造特征孔的實(shí)例，驗(yàn)證了該運(yùn)用程序在確定待加工零件制造特征加工方法的有效性。該程序同樣適用于其他制造特征（如臺(tái)階，槽和面等）加工方法的確定。

制造特征；加工方法；隸屬函數(shù)；模糊綜合自動(dòng)確定；應(yīng)用程序

0 前言

零件加工方法處于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的聯(lián)接處，是一個(gè)涉及多因素的復(fù)雜問(wèn)題。雖然加工方法設(shè)計(jì)的發(fā)展取得顯著成果，促進(jìn)了制造工藝技術(shù)的進(jìn)步與相關(guān)理論研究，但是仍存在很多不容忽視的問(wèn)題：制造特征的識(shí)別功能不足，智能化水平不高，零件信息共享水平較低，加工方法較單一，加工方法的定量化不足[1-3]。因此，必須有針對(duì)性地進(jìn)一步開(kāi)展技術(shù)與理論研究。傳統(tǒng)的零件加工方法主要借助經(jīng)驗(yàn)對(duì)零件進(jìn)行定性分析，缺乏對(duì)加工方法的有效定量分析的確定[4-6]。本文就制造特征加工方法的定量分析進(jìn)行探索和研究，并結(jié)合VC++和面向?qū)ο蟮乃枷耄_(kāi)發(fā)了一個(gè)制造特征加工方法的模糊綜合自動(dòng)確定應(yīng)用程序。模糊是指影響制造特征加工方法的單個(gè)因素定量分析，綜合是指考慮了影響制造特征加工加工方法的多個(gè)因素，自動(dòng)是指為該方法編寫了自動(dòng)計(jì)算的應(yīng)用程序。最后以制造特征孔作為實(shí)例加以驗(yàn)證。

1 模糊綜合自動(dòng)確定零件加工方法的基本理論

1.1 制造特征的分析

制造特征通常是指制造領(lǐng)域中，具有特定意義的可表達(dá)的實(shí)體或抽象體。制造特征的種類繁多，但它們有規(guī)律可循，故可以按照以盡可能少的典型制造特征，比較高效地覆蓋盡可能多的產(chǎn)品的原則，歸納、抽取出有限的幾大類基本制造特征。根據(jù)各種制造特征加工的特點(diǎn)，以典型軸類零件為例，可以抽取臺(tái)階，通孔，槽等制造特征。制造特征的準(zhǔn)確和可靠的分類，為零件的制造特征識(shí)別，數(shù)控程序的生成和工藝的評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)和保證。

1.2 格貼近度

格貼近度常用來(lái)表征不同模糊集合間的貼近程度[7-10]。設(shè)在論域U'={x1,x2,…,xn}有m個(gè)制造特征模糊子集（m個(gè)模型），構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)，待定制造特征B也是一個(gè)模糊集，欲求B與

1.3 擇近原則

2 模糊綜合自動(dòng)確定零件加工方法

2.1 制造特征加工方法特性指標(biāo)的抽選

在制造特征的各因素中，抽取與制造特征識(shí)別問(wèn)題有顯著關(guān)系的特性指標(biāo)，寫出識(shí)別對(duì)象B~的特性指標(biāo)向量。在機(jī)械加工中，制造特征所需考慮的加工因素常包括加工精度特征（尺寸精度，形狀精度，位置精度）和表面質(zhì)量特征（表面粗糙度，冷作硬化程度，金相組織，殘余應(yīng)力）。由于機(jī)械加工主要考慮幾何形貌，故在文中選取尺寸精度，形狀精度，位置精度和表面粗糙度四種加工因素作為制造特征的特性指標(biāo)。如需考慮到制造特征的其他因素，同理確定論域即可。

2.2 制造特征加工方法A~i各因素隸屬函數(shù)的建立

本文主要根據(jù)模糊統(tǒng)計(jì)法，參考論域元素的定義域和元素的分布特點(diǎn)，建立制造特征的加工方法隸屬函數(shù)，以建立孔的各因素隸屬函數(shù)為例說(shuō)明如下。

同理，可以建立平面、臺(tái)階、開(kāi)口槽、封閉槽、倒角和環(huán)槽等制造特征加工方法各因素的隸屬函數(shù)。

2.3 制造特征加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建立

查閱機(jī)械加工工藝手冊(cè)[11-13]，根據(jù)上述制造特征加工方法iA~的隸屬函數(shù)（3）～（6），可得制造特征孔的加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，如表1所示。

表1 制造特征孔的加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)Tab.1 the standard library of the processing method for the hole

通過(guò)以建立制造特征孔為例來(lái)說(shuō)明制造特征加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建立方法。同理，針對(duì)不同的制造特征，可以建立如平面、臺(tái)階、開(kāi)口槽、鍵槽、倒角和環(huán)槽等制造特征的加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。

2.4 計(jì)算格貼近度和應(yīng)用多個(gè)特性的擇近原則

按公式（3）～（6）計(jì)算待定零件制造特征相應(yīng)的隸屬度，根據(jù)公式（1）分別計(jì)算待定制造特征和制造特征加工方法標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的格貼近度，運(yùn)用擇近原則公式（2）判斷待定制造特征和制造特征標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的相關(guān)程度，確定待定制造特征B~的加工方法。

2.5 待定零件制造特征加工方法確定的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)

圖1 模糊綜合自動(dòng)確定零件制造特征的加工方法Fig.1 fuzzy comprehensive automatic determine the processing method of manufacturing characteristics

3 應(yīng)用實(shí)例

以圖2典型軸零件中制造特征孔的加工方法的確定為例，說(shuō)明如何進(jìn)行制造特征的加工方法的模糊綜合自動(dòng)的確定。選取的典型軸中主要包含了三種制造特征：通孔，鍵槽和倒角，其中通孔直徑是Φ20mm，要求尺寸精度IT=10，形狀精度IT=8，相對(duì)位置精度150μm，表面粗糙度Ra=4。

根據(jù)公式（3）～（6），可得

同理可得，

可以得出待制造特征孔的加工方法B~與A~2最為接近，因此可以認(rèn)為該制造特征采用擴(kuò)孔的加工方法比較合適。運(yùn)行制造特征的模糊自動(dòng)確定加工應(yīng)用程序，結(jié)果如圖3所示。

圖2 典型軸類零件Fig.2 the holes in the typical shaft parts

圖3 制造特征孔的加工方法的程序運(yùn)行結(jié)果Fig.3 the result of the application program for determining the processing methods of holes

為了驗(yàn)證上述理論的正確性，分別進(jìn)行了孔直徑為8mm的鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔的試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。分別測(cè)量每種加工后孔的尺寸精度，形狀精度，相對(duì)位置精度和表面粗糙度，如表2所示。

表2 待加工孔和已加工孔的質(zhì)量參數(shù)Tab.2 the quality parameters of the machining and the machined holes

綜合比較上述數(shù)據(jù)，鉸孔的質(zhì)量最好，擴(kuò)孔次之，鉆孔最差，但擴(kuò)孔的質(zhì)量參數(shù)與待加工孔的質(zhì)量參數(shù)最為接近；雖然鉸孔的質(zhì)量非常好，但也帶來(lái)了高的加工成本；鉆孔的質(zhì)量不能滿足待加工孔的要求。綜上所述，應(yīng)選擇擴(kuò)孔。同理，還可以進(jìn)行拉孔、鏜孔、磨孔、和研磨等的試驗(yàn)。

圖4 不同孔加工方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.4 the experimental result of the holes with different processing methods

4 結(jié)論

本文分析和研究了制造特征的內(nèi)涵和分類、格貼近度、多個(gè)特性的擇近原則，并結(jié)合VC++和面向?qū)ο蟮乃枷耄_(kāi)發(fā)了制造特征加工方法的模糊綜合自動(dòng)應(yīng)用程序。制造特征孔的加工方法實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性、準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)例表明：（1）該方法有效克服了通過(guò)經(jīng)驗(yàn)定性分析制造特征加工方法的缺點(diǎn)；（2）該方法同樣適用于確定其他制造特征（如平面、臺(tái)階、槽和倒角）等制造特征的加工方法。但對(duì)于具有多處不同精度要求的復(fù)雜自由曲面加工方法的確定，該方法還需要進(jìn)一步研究。

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Study on the Processing Methods Oriented to Manufacturing Features

LI Qiong
(Huizhou Engineering Technical School, Huizhou 516001, China)

Traditional processing methods for parts were qualitatively analyzed with experiences, which lack of quantitative analysis. In the current paper, quantitative analysis of processing methods for manufacturing features was explored and researched by analyzing the manufacturing features of parts firstly, choosing the characteristic indexes of manufacturing features based on grid close-degree and optional close principle, and establishing the membership functions of manufacturing factors and the standard library of processing methods for manufacturing features. Moreover, combined with VC++ and the object-oriented thought, an application program was developed to fuzzy comprehensive automatic determine the processing methods of parts. The program can effectively determine the processing method for the manufacturing features of prefabricated parts, which has been validated by the hole example. The program can also be used to determine the manufacturing method for the other features, such as step, slot and surface.

Manufacturing features; Processing methods; Membership functions; Fuzzy comprehensive automatic determination; Application program

李瓊.面向制造特征的加工方法研究[J]. 新型工業(yè)化，2016，6（11）：75-80.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.010

: LI Qiong. Study on the Processing Methods Oriented to Manufacturing Features[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 75-80.

李瓊（1985-），女，講師，主要研究方向?yàn)镃APP/CAD/CAM數(shù)字化制造與先進(jìn)技術(shù)